т.к. стандартное геопотенциальное расстояние на станциях А и В одно и тоже.

Скорость геострофического течения на поверхности определяется из (10.13b) как:

(10,17)

где V это скорость на верней геопотенциальной поверхности. Скорость V перпендикулярна плоскости, содержащей гидрографические станции и направлена, в северном полушарии, от читателя (Рис. 10.7). Полезное мнемоническое правило состоит в том, что более теплая, менее плотная вода движется вниз по правоориентированному в северном полушарии течению.

В принципе, мы могли бы рассчитать наклон поверхности постоянного давления используя плотность ρ вместо удельного объёма α. Я использовал удельный объём, т.к. это является общепринятой практикой в океанографии для чего существуют таблицы и компьютерные программы для расчетов аномалий. Эта практика сложилась на основе расчетных методов, разработанных задолго до появления калькуляторов и компьютеров, когда все вычисления производились вручную или с помощью механических калькуляторов, таблиц и номограмм.

Баротропные и бароклинные течения: Если бы океан представлял собой однородную среду с постоянной плотностью, то поверхности постоянного давления всегда были бы параллельны морской поверхности и скорости геострофических течений были бы независимы от глубины. В этом случае, относительная скорость равна нулю и гидрографические данные не дают информации о геострофических течениях. Если плотность варьируется по глубине, но не зависит от горизонтальных координат, то поверхности постоянного давления всегда параллельны морской поверхности и уровням постоянной плотности – изопикническим поверхностям. В этом случая относительный поток также равен нулю. Оба случая являются примерами баротропного течения.

Баротропные течения возникают тогда, когда уровни постоянного давления в океане всегда остаются параллельными поверхностям постоянной плотности. Заметим, что некоторые исследователи называют усредненный по вертикали полный поток баротропной компонентой течения. Wunsh (1996:74) даже предлагает отказаться от использования термина баротропный ввиду его многократного употребления в самых различных смыслах.

Бароклииный поток возникает при отличном от нуля наклоне поверхностей постоянной постоянного давления к поверхностям постоянной плотности. Рис. 10.8 хорошо демонстрирует, как поверхности постоянной плотности меняют глубину своего залегания более чем на 1 км на горизонтальной протяженности в 100 км в районе Гольфстрима. Бароклинный поток меняется с глубиной, поэтому сдвиговое течение может быть рассчитано по гидрографическим данным. При этом обратите внимание, что для жидкости в состоянии покоя поверхности постоянной плотности имею нулевой наклон к поверхностям постоянного давления.

В общем случае, зависимость потока от вертикальной координаты может быть представлена в виде баротропной компоненты, постоянной по вертикали, и бароклинной, меняющейся в этом направлении.

10.5.Пример использования гидрографических данных.

Рассмотрим теперь конкретный пример численного расчета скоростей геострофического течения с использованием методики Обработки данных океанографических станций (JPOTSEditorialPanel, 1991). В этой книге рассматриваются реальные примеры использования гидрографических данных, собранных исследовательским судном Endeavorв Северной Атлантике. Данные были собраны во время рейса № 88 вдоль 71^о з.д. через Гольфсирим к югу от Кейп Код, Массачусетс, на станциях 61 и 64. Станция 61 расположена в Саргассово море в точке с глубиной 4260 метров, а станция 64 – к северу от Гольфстрима в районе с глубиной 3892 метра. Измерения проводились глубинным терморезисторным кислородным детектором MarkIIICDT/02 производства «Нейл Браун Инструмент Системс».

Этот прибор регистрирует температуру, соленость и давление со скоростью 22 отсчета в секунду, причем цифровые данные усредняются по 2-х децибарному интервалу при погружении вглубь. Данные выдаются через 2-х децибарные интервалы центрированные по нечетным значениям величины давления, т.к. первый отсчет делается на поверхности, а первый интервал осреднения простирается до давления 2 децибара с центром при давлении 1 децибар. Затем данные сглаживаются биномиальным фильтром и линейно интерполируются к стандартным уровням приведенным в первых трех столбцах таблиц 10.2 и 10.3. Всяобработкаосуществляетсяавтоматически.

δ(S, t, p) вычисляется по значениям t, S, pв соответствующем слое и приведены в пятой колонке таблиц 10.2 и 10.3. Среднее значение аномалии удельного объёма < δ > приводится для данного слоя между отсчетными поверхностями давления как среднее между значениями δ(S, t, p)верхней и нижней поверхности слоя. (см. теорему о среднем в курсе математического анализа). В последней колонке (10^-5 Δ Φ) приводится произведение средней аномалии удельного объёма на толщину слоя в децибарах. Таким образом, последняя колонка дает значение перепада геопотенциала Δ Φ между точками P₁ и P₂ в соответствующем слое, полученная интегрированием (10.16) по толщине слоя.

Расстояние между станциями L = 110.935 м, среднее значение параметра Кориолиса f = 0.88104 10^-4 и знаменатель в (10.17) равен 0.10231 сек/м. Эти данные используются для расчета геострофических течений относительно уровня 2000 децибар, приведенных в таблице 10.4 и изображенных на Рис. 10.8.

Обратите внимание, что на Рис. 10.8 нет Экмановских течений. Экмановские течения не являются геострофическими, поэтому они не вносят вклад в деформацию поверхности. Опосредованный вклад проявляет себя через явление Экмановской накачки (см. Рис. 12.7).

Рис. 10.8. Слева: Сдвиговые течения как функция глубины, рассчитанные по гидрографическим данным, собранным в ходе рейсов Эндевора к югу от Кайп Код в августе 1982 года. Гольфстрим – это быстрое течение с глубиной менее 1000 децибар. Глубина нулевой поверхности принята равной 2000 децибар. Справа: Сечение потенциальной плотности s_q через Гольфстрим вдоль меридиана 63.66^о з.д. рассчитанное по термоэлектрическим данным Эндевора 25 – 28 апреля 1986 года. Гольфстрим сосредоточен на сильно наклоненных контурах, расположенных выше глубины 1000 м между 40^о и 41^о. Вертикальный масштаб растянут в 425 раз по сравнению с горизонтальным. (Данные отображены Линн Талли, Океанографический Институт Скрипса).

Таблица 10.2. Расчет относительных (сдвиговых) геострофических течений по данным 88-го рейса «Эндевор» на станции 61.

Таблица 10.3. Расчет относительных (сдвиговых) геострофических течений по данным 88-го рейса «Эндевор» на станции 64.